6 главных заблуждений о полном приводе — журнал За рулем
Оказывается, многие владельцы внедорожников понятия не имеют, что такое крутящий момент и в какой пропорции он делится между колесами. А еще не знают, как на самом деле устроен дифференциал. ЗР помогает разобраться во всех нюансах полноприводной трансмиссии.
«Господь Бог вычисляет дифференциалы эмпирически».
Альберт Эйнштейн
Обилие комментариев к материалам о распределении моментов в трансмиссиях автомобилей, особенно полноприводных, и радует, и огорчает. Народ интересуется техникой – это хорошо. А вот постоянно ощущать влияние безграмотных блогерских стереотипов на массовое сознание – это обидно. Впрочем, подобное явление подметил еще изобретатель теории эволюции, причем задолго до интернетов. Мол, «уверенность чаще порождается невежеством, нежели знанием».
Что ж, попробуем пробежаться еще разок по основным болевым точкам в массовом сознании.
Итак, вспоминаем основные заблуждения.
Крутящий момент на вывешенном колесе не может равняться нулю: за чей же счет оно вращается-то?
10 вопросов про полноприводные автомобили. Тест от экспертов ЗРЕсли не разобраться в этом, то дальше можно не читать. Главная мысль проста: момента без сопротивления не бывает! Поэтому момент на валу двигателя, молотящего вхолостую, равен нулю: он не совершает никакой полезной работы. Точно так же на колесе, зависшем в воздухе, никакого момента нет. Конечно, можно порассуждать насчет сил трения и прочих негативных факторов, которые приходится преодолевать, но мы сразу уточнили, что подобные потери не принимаем во внимание.
Межколесные дифференциалы задают колесам равные угловые скорости.
Ничего подобного: дифференциал (от лат. differentia — разность, различие) — это механизм, обеспечивающий вращение ведущих колес именно с разными скоростями (например, в повороте). Простенькие игрушечные автомобильчики зачастую плохо ездят по кругу именно потому, что в них нет дифференциалов, а потому колеса, проходящие разный путь, вынуждены проскальзывать или пробуксовывать. Дифференциал выравнивает не угловые скорости, а моменты. Если он делит крутящий момент поровну, его называют симметричным.
Если у Нивы (будь то Chevrolet Niva или Лада 4х4) одно колесо повисает в воздухе, то за счет остальных трех она спокойно поедет дальше, поскольку момент постоянно поступает на все четыре колеса. В данной ситуации на каждое из трех оставшихся колес придется при этом по 33,3% момента.
Выражение «момент поступает» не вполне корректное: напоминаем, что без сопротивления никакого момента на колесе быть не может.
А Нива в данном случае не стронется с места, поскольку нулевой момент на зависшем колесе тут же отразится на всех остальных: межколесные и межосевой дифференциалы изначально делят его поровну – по 25% каждому. Чтобы ехать дальше, надо заблокировать межосевой дифференциал. В этом случае на оси с зависшим колесом момент останется нулевым, зато на другой оси на каждое колесо придется половина от усилий мотора.
После блокировки дифференциала момент распределяется пополам.
Не после, а до блокировки! После блокировки распределение моментов определяется только реальной дорожной ситуацией. Скажем, после блокировки межколесного дифференциала моменты на колесах этой оси распределяются пропорционально нагрузке и силам сцепления, но никак не поровну.
Пока межосевой дифференциал не заблокирован, крутящий момент распределяется между осями поровну (если, конечно, дифференциал симметричный). Как только заблокировали, демократия заканчивается: теперь распределение момента по осям пойдет пропорционально реальной нагрузке.
Если ось с заблокированным дифференциалом – аналог железнодорожной колесной пары, то и момент на обоих колесах всегда одинаковый! Ведь этот механизм уже представляет собой единое целое, а потому не может быть так, чтобы слева момент был, а справа куда-то пропал… В каком месте вала момент, передаваемый для нагруженного колеса, превращается в ноль для незагруженного? Этого же теоретически не может быть.
Рейтинг полноприводных трансмиссий: испытания на роликахВ том-то и дело, что может! Представьте себе, для упрощения, вместо заднего моста с заблокированным дифференциалом что-нибудь попроще – допустим, черенок от лопаты. Вообразите, что вы держите его посередке и при этом пытаетесь вращать вдоль продольной оси, то есть прикладываете момент. Пусть один конец черенка буравит асфальт, а второй находится в воздухе. Согласитесь, что конец черенка, который грызет асфальт, будет изнашиваться у вас на глазах, поскольку там есть сопротивление. А тот конец, что висит в воздухе, переживет всех: нет сопротивления – нет момента.
Он останется свеженьким и чистеньким, хотя и вращается с той же скоростью, что и весь черенок. Точно так же себя ведет и ось с заблокированным межколесным дифференциалом.
AWD в сравнении с 4WD выдает меньший крутящий момент.
Тут даже спорить, в общем-то, не с чем. Чем определяется момент, мы повторяем в каждом втором абзаце. Можно лишь еще раз отметить, что обозначения такого рода в целом являются маркетинговыми, условными. По большей части в реальной жизни AWD – это «моноприводники», у которых есть возможность подключать вторую ведущую ось. А 4WD – это машины с постоянно подключенными осями с заданным изначально распределением момента между осями (например – 50 на 50, у которых есть возможность блокировать межосевой дифференциал). Кто из них что куда «выдает», в каждом случае нужно разбираться индивидуально, а не кивать на аббревиатуру.
Всем удачи на любых дорогах!
Устройство автомобиля: полный привод. Степень полноты
Подавляющее большинство автовладельцев полагает, что главное преимущество полного привода – лучшая проходимость.
Между тем однозначного ответа нет – систем полного привода много, и далеко не все наделяют автомобиль внедорожными качествами. Более того, подчас застрять на такой машине даже проще, чем на моноприводной
Между тем однозначного ответа нет – систем полного привода много, и далеко не все наделяют автомобиль внедорожными качествами. Более того, подчас застрять на такой машине даже проще, чем на моноприводнойПутаницы с полным приводом добавляет и множество фирменных аббревиатур и названий, никак не проясняющих принцип работы трансмиссии. All mode 4×4, Super Select, X-Drive, 4Matic – всего не перечесть! В действительности же существует только три базовых типа полного привода, отличающихся механизмом распределения крутящего момента между осями. Это постоянный полный привод, подключаемый и автоматический.
Постоянный полный (full-time)
Этот тип по праву считается настоящим, ведь только он обеспечивает постоянную передачу силы тяги двигателя на все четыре колеса. За распределение крутящего момента здесь отвечает межосевой дифференциал. Функционально (а зачастую и конструктивно) он ничем не отличается от обычного межколесного дифференциала, разве что делит момент не между левым и правым колесами, а между передней и задней осью.
Такое равномерное распределение тяги снижает риск проскальзывания колес на однородном покрытии, что полезно как на бездорожье при движении внатяг, так и на асфальте, где появляется возможность не только интенсивно разгоняться по прямой, но и раньше открывать «газ» на выходе из поворота.
А если автомобиль все-таки забуксует? Тут-то и кроется опасность – достаточно потерять сцепление хотя бы на одном колесе, чтобы без тяги остались все четыре! Наверное, каждый, кто хоть раз застревал в снегу или грязи, помнит картину: мотор ревет, а буксует только одно колесо. С постоянным полным приводом то же самое – дифференциал никак не препятствует вращению осей с разными скоростями. Теоретически ситуация даже хуже, чем у машин с приводом на одну ось, ведь опасно проскальзывание каждого из четырех колес. И хотя в реальности все не так плохо – как правило, инерции движущегося автомобиля хватает, чтобы буксующее колесо обрело сцепление вновь, в «чистом виде» постоянный полный привод применяется редко.
Можно вспомнить первый BMW X5 и Mercedes-Benz ML: от пробуксовок их страховала лишь электроника, тормозящая проскальзывающее колесо.
Борьба за независимость
Осуществить привод на все четыре колеса нетрудно – гораздо труднее сделать так, чтобы автомобиль при этом сохранил способность поворачивать. Ведь в повороте каждое колесо движется по индивидуальной траектории и, соответственно, вращается со своей собственной скоростью. Поэтому и приходится оснащать трансмиссию дифференциалами – механизмами, которые разделяют крутящий момент по двум выходным валам, позволяя каждому из них вращаться с различной частотой. Таким образом, автомобиль с постоянным полным приводом имеет три дифференциала – два межколесных и один межосевой. В остальных полноприводных трансмиссиях межосевые дифференциалы не используются, а потому и нет возможности постоянно передавать крутящий момент на четыре колеса.
В большинстве же случаев проблему пробуксовки решают с помощью блокировок межосевых дифференциалов.
Их конструкция может сильно различаться, но идея одна: создавая силу трения между выходными валами дифференциала, противодействовать взаимному проскальзыванию осей. В серьезных внедорожниках, вроде Toyota Land Cruiser, по команде водителя устанавливается жесткое соединение валов. Более простые модели, менее ориентированные на бездорожье, оснащаются винтовыми блокировками или вискомуфтами – они не всегда обеспечиваю жесткую связь, зато работают автоматически. В любом случае застрять теперь гораздо сложнее – как минимум, необходимо одновременно забуксовать двумя колесами: передним и задним.
Подключаемый полный привод (part-time)
С подключаемым полным приводом все проще. Межосевого дифференциала тут нет, вместо него – механизм, жестко подключающий вторую (чаще переднюю) ось. Соответственно, основную часть времени автомобиль имеет два ведущих колеса, а полный привод задействует лишь на бездорожье. Поскольку подключение происходит резко, автоматического режима быть не может – все происходит по команде водителя.
При этом раз и навсегда включить режим «4х4» тоже не получится – будучи жестко связанными, колеса каждой из осей теряют возможность вращаться с разными скоростями в повороте, что не только ухудшает маневренность, но и сильно нагружает трансмиссию на асфальте. При развороте внутреннее заднее колесо будет прокручиваться на месте!
Все это сужает область применения подключаемого привода до недорогих внедорожников или пикапов. И тут у него множество плюсов. Главные – простота, дешевизна и надежность, никаких сложных муфт, гидроприводов или пневматики. И на бездорожье не подведет, ведь фактически он эквивалентен постоянному полному приводу с жестко заблокированным дифференциалом. Неудобства возникают только в крутых поворотах, где с подключенным приводом автомобиль плохо слушается руля и скользит «плугом» наружу. Но с этим приходится мириться, ибо единственный способ вернуть управляемость – отключить полный привод, что не всегда возможно на грязи.
Автоматический (torque on-demand)
Формально его можно отнести к разновидности подключаемого привода.
Отличие лишь в том, что вторая ось подключается не одномоментно и жестко, а постепенно, что помогает избежать слишком резких изменений в управляемости и сделать систему автоматической, не требующей постоянного участия водителя. Отсюда и название torque on-demand (дословно – крутящий момент по требованию).
Первоначально для этого использовали вискомуфты – устройства полностью автономные, но не очень быстродействующие. Современная альтернатива – муфты фрикционные, то есть многодисковые сцепления, сжимаемые гидроприводами под контролем электроники. У них и скорость работы выше, и есть возможность гибкого управления степенью блокировки.
Комбинация
На основе трех упомянутых типов полного привода инженеры иногда создают более сложные, комбинированные варианты. Интересный пример – Mitsubishi Pajero с трансмиссией Super Select, которая позволяет переключаться между задним приводом и постоянным полным, а также умеет блокировать межосевой и задний межколесный дифференциал.
То есть формально ее можно обозначить странным словосочетанием «подключаемый постоянный полный привод».
Как же проявляет себя такой привод? На бездорожье – не очень. Во-первых, вторая ось подключается лишь после того, как ведущие колеса уже забуксовали. Во-вторых, жесткого подключения оси, как правило, не обеспечивается, соответственно, нет и возможности передать большой крутящий момент. В-третьих, пробуксовка отдельных колес сопровождается проскальзыванием муфты, что ведет к ее перегреву. Далеко не уедешь…
А на асфальте? Электронику научили превентивно зажимать муфту в момент разгона, имитируя постоянный полный привод, но в повороте этот трюк не проходит, и муфту приходится распускать, иначе она препятствует вращению осей с разными скоростями, бесполезно расходуя сцепные свойства шин и провоцируя недостаточную поворачиваемость. А если автомобиль заскользил? Отреагировав на пробуксовку, электроника вновь перераспределит крутящий момент… Увы, «взаимопониманию» с автомобилем все это не способствует.
Впрочем, и требования к полному приводу сильно упали. Еще лет двадцать назад, когда слово «кроссовер» мало кто знал, полноприводные модели были выбором людей с реальной потребностью ездить вне дорог. А кто из их нынешних владельцев хоть раз съезжал с асфальта? Список преимуществ полного привода все чаще ограничивается возможностью припарковаться в сугробе да пару раз в год, во время снегопада, обогнать со светофора мощную, но «недоприводную» машину. И автоматический полный привод с этим вполне справится.
- устройство автомобиля
- Автор
- Олег Карелов, эксперт по подбору автомобилей AutoTechnic.su
- Издание
- Автопанорама №1 2015
Вам понравилась эта статья?
Рассказать друзьям:
Рассказать во ВКонтакте Рассказать в Одноклассниках
ИЛИ
Комментировать
Рекомендуем также почитать:
05 декабря 2021
«Правый или левый?»
21 августа 2021
«Пилота вызывали?»
26 ноября 2019
«Широкоэкранное кино»
02 ноября 2019
«Вступать ли в партию «зеленых»?»
30 июля 2019
«Срочная служба»
25 мая 2019
«Верить ли спидометру?»
22 декабря 2018
«В полном порядке!»
Тест-драйвы, которые читают с этой статьей:
Тест драйв23 сентября 2009
Nissan GT-R
«Оправданный риск (GT-R)»
Интересные новости по теме
ABS снова станет обязательной
Кажется, что времена упрошенного техрегламента для автомобилей постепенно уходят в прошлое.
Еще вчера автопроизводители могли не устанавливать системы ABS, а сегодня правительство уже заявляет, что данная деталь с декабря нынешнего года должна быть на «железном коне» по умолчанию 01 июня 2023 0
Производство упрощенных машин решено продлить
Правительство РФ приняло постановление, согласно которому упрощенный технический регламент для производства автомобилей продляется еще на четыре месяца. 01 февраля 2023 0
Россия победит дефицит автомобильных микрочипов
Как известно, это глобальная проблема и российский рынок, к сожалению, тоже от нее зависим. Впрочем, совсем скоро все может измениться 25 января 2023 0
Для родстера «Крым» создали пневматическую подвеску
Этот автомобиль является крайне интересной разработкой, хотя бы потому, что он создан студентами российских институтов. На сегодняшний день существуют три тестовых прототипа 08 декабря 2022 0
Подразделение BMW M пообещало сохранить механическую КПП на своих автомобилях
Глава BMW M Фрэнк ван Мил пообещал, что механические коробки передач останутся доступны на отдельных моделях подразделения до конца десятилетия 19 октября 2022 0
Представлен новый интерфейс Apple CarPlay
Сегодня, подключить телефон к мультимедийной системе легко – достаточно воспользоваться обычным Bluetooth соединением.
Проблема в том, что функционал устройства будет неполным – только воспроизведение музыки и громкая связь. Хочется большего – пожалуйста, протоколы Android Auto и Apple CarPlay 07 июня 2022 0
Автомобильный CD-проигрыватель уходит в историю
Разве существуют еще автомобили с таким древним музыкальным «приводом». Как оказалось, да! Речь идет об автомобилях компании General Motors. Правда, и там CD-плеер скоро канет в лету 05 июля 2021 0
Toyota предотвратит кражи катализаторов
Воровство катализаторов по всему миру приняло какие-то угрожающие масштабы. Нечистые на руку люди, прознав о том, что в них содержатся драгоценные металлы, начинают активно заниматься вандализмом чужих машин ради добычи ценного компонента 14 мая 2021 0
Оставить комментарий
Обзоров машин на сайте:
5 1 4 9Microsoft Word — Final_for_submission_rev.32_PG4_for_pdf.docx
%PDF-1.4
%
1 0 объект
>
эндообъект
9 0 объект
/Создатель
/Режиссер
/CreationDate (D:20210318072428Z’)
/ModDate (D:20170511141457+01’00’)
/Заголовок (Microsoft Word — Final_for_submission_rev.
32_PG4_for_pdf.docx)
>
Часть 1 — Открытые и заблокированные дифференциалы — Дорожные и гоночные трансмиссии
Открытые дифференциалы
Прежде чем описывать, насколько полезными могут быть самоблокирующиеся дифференциалы и чем они отличаются от открытых дифференциалов, мы должны начать с описания того, как работают открытые дифференциалы и их ограничения.
Открытые дифференциалы устанавливаются на большинство дорожных автомобилей и позволяют изменять скорость вращения колес при прохождении поворотов. Они делают это, постоянно распределяя крутящий момент между обоими колесами. На прямой это означает, что на оба колеса подается одинаковая мощность. Во время прохождения поворота внешнее колесо автомобиля должно двигаться дальше, чем внутреннее колесо, а это означает, что на внешнее колесо передается больше мощности.
Следует помнить несколько вещей:
Двигатель создает крутящий момент, а не мощность.
Мощность измеряется тем, сколько раз в минуту (об/мин) двигатель способен развивать этот крутящий момент. HP = (крутящий момент в FtLb * RPM) / 5252
Мощность в HP = крутящий момент в FtLb при 5252 об/мин
Зубчатая передача используется для увеличения крутящего момента, доступного на колесах. Мощность на колеса остается неизменной вне зависимости от выбранной передачи.
Чтобы транспортное средство могло двигаться из неподвижного состояния, на колесах должен быть достаточный крутящий момент, чтобы преодолеть его «момент инерции» (сопротивление движению).
Для ускорения на колесах должен быть достаточный крутящий момент для преодоления сопротивления качению, сопротивления воздуха и момента инерции.
Вы можете крутить ровно столько, сколько позволяет поверхность дороги.
Пробуксовка колес происходит, когда крутящий момент на любом из колес превышает доступное сцепление.
Открытые дифференциалы передают крутящий момент равномерно, и они могут передавать столько же, сколько колесо с наименьшим крутящим моментом. Они учитывают разницу в скорости между двумя колесами. На идеальных поверхностях с неограниченным уровнем сцепления это работает хорошо.
Например, если скорость оси составляет 700 об/мин и крутящий момент на оси составляет 100 футофунтов, на каждое колесо будет приходиться 50 футофунтов.
При повороте внешнее колесо вращается со скоростью 800 об/мин, а внутреннее колесо — со скоростью 600 об/мин. Это означает, что распределение мощности составляет 57% снаружи и 43% внутри.
В этом же сценарии внутреннее колесо поднимается в воздух при прохождении поворотов, это означает, что единственным сопротивлением этому колесу является сопротивление трансмиссии. Давайте предположим, что это колесо способно передавать только 1 фут-фунт крутящего момента, что также означает, что только 1 фут-фунт крутящего момента может надежно передаваться на внешнее колесо на земле. В этой ситуации избыточный крутящий момент только увеличит частоту вращения двигателя, а это, в свою очередь, увеличит скорость оси. Внешнее колесо не может увеличить свою скорость, поскольку оно не может приложить к земле достаточный крутящий момент для ускорения. Однако внутреннее колесо может ускоряться, поскольку приложенный к нему крутящий момент преодолевает сопротивление. В этот момент внешнее колесо остается на скорости 800 об/мин, скорость оси увеличилась до 1100 об/мин, а внутреннее колесо — на 1400 об/мин.
Распределение мощности между колесами составляет 36% снаружи и 64% внутри. При передаче крутящего момента в 1 FtLb на каждое колесо мощность на каждое колесо по-прежнему минимальна и недостаточна для поддержания скорости. Без возможности снизить мощность вес автомобиля переносится вперед, создавая еще меньшее сцепление с задней частью автомобиля. На дороге это может снизить безопасность, а на трассе приводит к увеличению времени прохождения круга.
Простое объяснение состоит в том, что в открытом дифференциале мощность всегда передается на колесо с наименьшим сопротивлением. Таким образом, когда колесо находится в воздухе или на льду, грязи, гравии или любой другой поверхности с низким коэффициентом трения, мощность передается через вращающееся колесо, а не через то, которое имеет сцепление с дорогой. При достаточной мощности колеса могут вращаться даже при хорошем сцеплении, в результате чего мощность истощается через вращающееся колесо. При прохождении поворотов вес переносится с внутреннего колеса на внешнее.
С меньшим весом на внутреннем колесе это колесо имеет меньшее сцепление с дорогой и с большей вероятностью будет вращаться при приложении мощности.
Заблокированные дифференциалы
Заблокированные дифференциалы, с другой стороны, заставляют оба колеса вращаться с одинаковой скоростью, но допускают неравномерное распределение крутящего момента. 100% крутящего момента может передаваться на любое колесо, что позволяет одновременно передавать максимальный крутящий момент. Однако это сильно влияет на управляемость.
Когда оба колеса заблокированы вместе во время поворота, вы испытываете прыжки, скачки и визг шин, поскольку они пытаются сохранить сцепление с дорогой. Это вызывает сильный износ шин и создает нагрузку на карданные валы. Во время торможения вы получаете большую устойчивость на прямой, так как оба колеса движутся с одинаковой скоростью.
Блокируемые межосевые дифференциалы обычно используются в полноприводных автомобилях, но при движении по дороге это создает нагрузку на трансмиссию, так как должна быть небольшая разница в скорости между передней и задней осями.
Без этих различий шасси «заводится» и может привести к повреждению.
Полностью заблокированные дифференциалы никогда не используются в автомобилях с передним приводом из-за негативного влияния на управляемость. Они будут страдать от серьезной недостаточной поворачиваемости на ранних и средних поворотах. Управление крутящим моментом также может быть проблемой, даже при низком входе дроссельной заслонки.
Автомобили с задним приводом имеют проблемы с недостаточной поворачиваемостью при повороте, так как оба колеса стремятся оставаться на прямой линии и сопротивляются повороту. Однако при достаточно резком повороте оба колеса теряют сцепление с дорогой и начинают скользить, вызывая избыточную поворачиваемость. Во время разгона заблокированный дифференциал повышает вероятность избыточной поворачиваемости автомобиля, что может быть непредсказуемым и трудноуправляемым.
Заблокированные дифференциалы изготавливаются либо с помощью катушки, мини-катушки, либо путем сварки открытого дифференциала.
Золотниковые дифференциалы изготовлены из цельного куска металла, что делает их легкими и очень прочными. Мини-золотники заменяют шестерни в открытом дифференциале, однако они не такие прочные и имеют такой же вес, как открытый дифференциал, к которому они прикреплены. Сваренные открытые дифференциалы весят больше и имеют такую же прочность, как и сварной шов. Если сварка выйдет из строя, это может привести к дорогостоящему и серьезному повреждению остальной части дифференциала.
По сравнению с открытыми дифференциалами, заблокированные дифференциалы могут потреблять гораздо больше энергии. Как упоминалось ранее, открытые дифференциалы способны передавать вдвое больший крутящий момент, чем колесо с наименьшим сцеплением. Заблокированные дифференциалы могут передавать весь крутящий момент как с левого, так и с правого колеса вместе взятых. В определенных условиях это может привести к значительному увеличению крутящего момента, передаваемого на землю, и будет иметь значение, двигаться или нет в условиях низкого сцепления с дорогой.